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第三章 压力检测 3.1 压力的概念及单位 压力是重要的工业参数之一，正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。 测量上所称的“压力”就是物理学中的“压强”。 3.1 压力的概念及单位 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。 它的大小由两个因素所决定， 即受力面积和垂直作用力的大小， 用数学式表示为： 3.1 压力的概念及单位 在压力测量中，常将压力分为： 绝对压力（Absolute pressure）：相对于绝对真空所测得的压力。 表压（Gauge pressure）：相对于大气压力的差压；绝对压力和大气压力之间的差压。 负压力（Negative pressure）：绝对压力低于大气压力时的表压，简称负压。 真空度（Vacuum）：低于大气压力的绝对压力。 3.1 压力的概念及单位 3.1 压力的概念及单位 常用的压力单位有： 工程大气压---kgf/cm2 毫米汞柱---mmHg 毫米水柱---mmH2O 物理大气压---atm 巴---bar 3.1 压力的概念及单位 以上单位与“帕斯卡”的换算关系为： 1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 3.1 压力的概念及单位 压力传感器的类别: 应变式 霍尔式 压电式 电容式 电位器式 电感式 振弦式等 3.1 压力的概念及单位 测量范围为:7×10-5～5×108 Pa。 信号输出有电阻、电流、电压、频率等形式。 压力测量系统一般由传感器、测量线路和测量装置以及辅助电源所组成。 常见的信号测量装置有电流表、电压表、应变仪以及计算机等。 3.1 压力的概念及单位 目前，利用压阻效应、压电效应或其他固体物理特性的压力传感器已实现小型化、数字化、集成化和智能化，直接把压力转换为数字信号输出，并可与计算机连接，从而实现工业过程的现场控制。 3.2 应变式压力计 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。 应变式压力计：应变式压力计是利用电阻应变效应做成的传感器，是常用的传感器之一，它的核心元件是电阻应变片。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 3.2 应变式压力计 结构：应变式压力计由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 电阻应变片：是一种能将机械构件上的应变的变化转换为电阻变化的传感元件。 3.2.1 电阻应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。 导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 3.2.1 电阻应变效应 3.2.1 电阻应变效应 3.2.1 电阻应变效应 3.2.1 电阻应变效应 表示当发生应变时，其电阻变化率与其应变的比值。K的大小由两个因素引起，一项是由于导电丝的几何尺寸的改变所引起，用(1+2μ)项表示，另一项是导电丝受力后，材料的电阻率ρ发生变化而引起。 3.2.1 电阻应变效应 对金属来说，Δρ/ρ很小，可忽略不计，故 K=1+2μ≈1.7～3.6。 对半导体而言， Δρ/ρ比1+2μ大得多， 压阻系数(Δρ/ρ)ε-1≈50～100，故(1+2μ)可以忽略不计。可见，半导体灵敏度要比金属大50~100倍。 3.2.1 电阻应变效应 3.2.2 电阻应变片 应变片有很多品种系列: 从尺寸上讲, 长的有几百mm，短的仅有0.2 mm； 由结构形式上看，有单片、双片、应变花和各种特殊形状的图案； 就使用环境上说, 有高温、低温、水、核辐射、 高压、磁场等； 而安装形式说，有粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂等。 3.2.2 电阻应变片 主要的分类方法是根据敏感元件材料的不同，将应变片分为金属电阻应变片和半导体电阻应变片两大类。从敏感元件的形态又可进一步分类如下: 3.2.2 电阻应变片 3.2.2 电阻应变片 一、金属电阻应变片 金属电阻应变片常见的形式有丝式、 箔式、 薄膜式等。 丝式应变片是最早应用的品种。 金属丝弯曲部分可作成圆弧、锐角或直角， 如图所示。 3.2.2 电阻应变片 3.2.2 电阻应变片 弯曲部分作成圆弧（U）形是最早常用的一种形式，制作简单但横向效应较大。 直角（H）形两端用较粗的镀银铜线焊接，横向效应相对较小，但制作工艺复杂，将逐渐被横向效应小、 其他方面性能更优越的箔式应变片所代替。 3.2.2 电阻应变片 丝式电阻应变片的结构 3.2.2